1770

Тема 5. Предупреждение вторичного засоления и промывка засоленных земель

Причины вторичного засоления

При неправильной организации и проведении орошения земель, когда полив проводят без учета глубины залегания грунтовых вод и большими нормами, при вырубке лесов, нерациональном выпасе скота и перегрузке пастбищ и даже при осушении избыточно увлажненных почв наблюдаются процессы вторичного засоления.

В отдельных слоях почвенного профиля содержится различное количество водорастворимых солей, которые при определенной концентрации оказывают токсическое действие на рост и развитие культурных растений. При орошении происходит интенсивное передвижение влаги и солей в вертикальном направлении по почвенному профилю. За время полива небольшими поливными нормами, не превышающими наименьшей влагоемкости почвы, вымыв солей незначителен. В межполивной период с восходящими токами воды на поверхность почвы поднимаются легкорастворимые соли и накапливаются в значительном количестве. В результате этого снижается водопроницаемость почвы и повышается капиллярная водопроводимость, что способствует усилению передвижения солей к ее поверхности. На вторичное засоление оказывает влияние даже слабоминерализованная оросительная вода, пополняющая запасы солей в процессе длительного орошения в условиях слабого оттока грунтовых вод. Когда содержание солей достигает 0,5–1,0 % массы сухой почвы, сельскохозяйственные культуры развиваются слабо или гибнут.

Для предупреждения вторичного засоления почвы разработан комплекс агротехнических, химических и гидротехнических мероприятий, направленный на уменьшение испарения влаги с поверхности почвы, снижение капиллярной водопроводимости ее и, в конечном счете, уменьшение запаса водорастворимых солей в ее активном слое.

К основным гидротехническим мероприятиям относятся: периодическая промывка почвы большими нормами, строительство коллекторно-дренажной сети и организация промывных режимов орошения. Для промывки назначают такие нормы воды, которые позволяют растворить соли и нисходящим током воды вывести их в горизонты ниже активного слоя почвы, откуда они вместе с дренажнымиводамипоступаютвколлекторно-сброснуюсеть.

Промывки проводят на фоне глубокого дренажа, который отводит промывные воды и снижает уровень минерализованных грунтовых вод.

21

Расчет промывной нормы

Общую промывную норму рассчитывают по зависимости:

Мпр=Мн+Мв,

где Мн – норма насыщения почвы водой до наименьшей влагоемкости, м3/га;

Мв – норма, необходимая для вытеснения солей из расчетного слоя почвы, м3/га.

Норму насыщения определяют по формуле:

Мн=100 h d (нв ф) , 1 Кз

где Кз – количество защемленного воздуха в почве в начальный момент промывки, в долях от скважности.

Норму вытеснения Мв (м3/га) вычисляют по формуле:

Мв = Кпр z,

где Кпр – коэффициент промывки, то есть количество воды (м3), необходимое для вытеснения 1 т солей из расчетного слоя почвы;

z – количество солей, которое должно быть вымыто из расчетного слоя почвы, т/га,

z=100 h d (zисх – zд);

здесь zисх, zд – исходное и допустимое содержание солей, % массы сухой почвы.

Для промывки слоя в 1,5–2,0 м общая промывная норма в зависимости от степени засоления и типа почвы может изменяться от 2000 до 10000 м3/га.

При проведении промывки общую промывную норму делят на разовые нормы, которые подают на участок через 2–8 дней, в зависимости от механического состава и степени засоления почвы. Разовую промывную норму (тн) устанавливают из условий равномерного затопления чеков, а также с учетом эффективного вымыва солей из мелких капилляров путем диффузии их в менее насыщенный почвенный раствор. Разовые нормы промывки колеблются от 700 до 1500 м3/га. Рекомендуют следующие разовые промывные нормы в зависимости от физических свойств почвы: для легких почв тн=700–900 м3/га; для средних по механическому составу почв

тн=900–1100 м3/га; для тяжелых почв тн=1100–1500 м3/га.

Число промывок п рассчитывают по зависимости:

п = Мпр .

тн

Пример. На участке старого орошения площадью 200 га в почве содержатся соли натрия. В результате длительного орошения произошло вторичное засоление активного слоя. Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо организовать промывку почвы.

22

Исходные данные: на участке зернотравяного севооборота почвы тяжелого механического состава; объемная масса верхнего однометрового слоя d=1,4 г/см3; наименьшая влагоемкость почвы при глубине грунтовых вод 3 м от поверхности нв=24 %; фактическая влажность этого горизонта

к моменту промывки Ф=16 % массы сухой почвы. В однометровом слое,

подлежащем промывке, содержится zисх=0,8 % водорастворимых солей, допустимое их содержание zД=0,3 % массы сухой почвы. Засоление сульфатное К3=0,2. Коэффициент промывки Кпр=100 м3/т. Норма насыщения равна:

Мн = 100 1 1,4(24 16) 1400 м3 /га. 1 0,2

Количество солей, которое должно быть вымыто из расчетного слоя почвы, находим по формуле (4): z=100 1 1,4(0,8–0,3)=70 т/га. На вытеснение солей потребуется воды (формула (3)): Мв=100 70=7000 м3/га. Общая оросительная норма: М0б=Мн+МВ=1400+7000=8400 м3/га. Средняя разовая промывная норма принята тн = 1400 м3/га, тогда число промывок

п= 14007000 =5.

Впрактике часто вначале принимают меньшие разовые нормы промывки, а последние – больше средней. Норму вытеснения Мв=7000 м3/га целесообразноразделитьнапятьразовых: 1200; 1400; 1400; 1500 и1500 м3/га.

Чековая и дренажная сеть

На рис. 3 запроектирована оросительная и дренажная сеть. Вода для промывки забирается с помощью насосной станции и по трубопроводу, проходящему по верхней границе промываемого участка, транспортируется на поля. На трубопроводе напротив каждого оросителя расположен гидрант. Каждый чек получает воду из оросителя самостоятельно через перекидной сифон.

Промывку засоленных почв проводят на фоне глубокого дренажа. Дренаж может быть горизонтальный и вертикальный. Горизонтальный дренаж в свою очередь в зависимости от назначения и расположения по отношению к дренируемой площади и источникам питания подземных вод может быть систематическим или выборочным. В нашем случае примем горизонтальный систематический дренаж, представляющий собой систему горизонтальных закрытых дрен, расположенных равномерно по дренируемой территории.

Глубину дрен принимают исходя из критической глубины грунтовых вод hкр. Критической глубиной минерализованных грунтовых вод называется глубина, с которой уменьшается засоление корнеобитаемого слоя

23

почв или вообще его не происходит. По данным В. А. Ковды, критическая глубина грунтовых вод изменяется от 1,7 до 2,3 м.

Рис 3. Схема оросительной и дренажно-коллекторной сети при промывке засоленных земель:

1 – водоисточник; 2 – водозабор; 3 – напорный трубопровод; 4 – водовыпуск; 5 – ороситель; 6 – дрена; 7 – коллектор; 8 – водовыпуск в чек; 9 – смотровая скважина; 10 – продольный валик; 11 – поперечный валик; 12 – трубчатый переезд; 13 – дорога; 14 – лесная полоса

Глубину заложения дрен определяют по формуле bд=hкp+ha,

где hкp – критическая глубина, м;

hа – глубина активного слоя почвы, hа=0,5–1 м.

Если примем ha=1 м, hкр=1,7–2,5 м, то глубина дрен bд= (1,7 – 2,5) + 1 = =2,7–3,5 м. Принимаем глубину дрены bд=3,5 м. Длина дрены в нашем примере lд=1000 м, уклон дрен icр = 0,004.

Тип коллекторно-дренажной сети на участке смешанный. Дрены закрытые, а коллектор открытого типа, канал трапецеидальной формы.

24

Открытый коллектор позволяет принимать воду из дрен и сбросную воду из оросительной сети. Глубина его должна быть на 0,5 м больше глубины дрен bК=bД+0,5=3,5+0,5=4 м.

Длина открытого коллектора lк=2000 м и уклон дна канала i = 0,0005. В условиях среднетяжелых почвогрунтов расстояние между дренами

Вд можно принять равным 400 м. Дрена должна отстоять от оросителя на расстоянии не менее 50 м. В нашем случае дрены идут по границам промывного чека. Промывку почвы проводят по чекам. Для этого участок разбивают продольными и поперечными валиками на 200 чеков каждый площадью 1 га.

Форма валика трапецеидальная, высота валика 20–30 см, ширина по верху принимается равной высоте валика, коэффициент заложения откосов для продольных валиков =4,5, для поперечных =5–7. На участке, пред-

назначенном для промывки, необходимо предварительно провести капитальную планировку.

Организация промывки на засоленном участке

После того как на участке построена дренажно-коллекторная сеть, приступают к подготовке площади для промывки. Осенью после уборки урожая проводят лущение стерни, а затем глубокую перепашку (h=25–30 см). На тяжелых почвах рекомендуется проводить подпочвенное рыхление для увеличения водопроницаемости. После вспашки почву дискуют, а поверхность выравнивают волокушей или малой, насыпают валики для создания чеков и нарезают оросители. После чего внутри чеков проводят повторное выравнивание.

Промывку почвы обычно проводят в позднеосенний или зимний период, когда поля не заняты сельскохозяйственными культурами, уровень грунтовых вод находится на самой большой глубине и испарение минимальное. Кроме того, в это время вода не расходуется на вегетационные поливы, рабочие не так загружены, как летом, а почва дополнительно увлажняется осадками.

Первая порция воды, подаваемая на чек, доводит влажность почвы до состояния наименьшей влагоемкости. В таком состоянии чек оставляют на 3–5 дней для полного растворения солей. Затем подают новую порцию промывной воды для вытеснения раствора солей из промываемого слоя почвы. Вытеснение повторяют в данном случае 5 раз, пока содержание солей в расчетном слое почвы не достигнет допустимого. Перерывы между подачей разовых промывных норм меньше на легких почвах и в начале промывки и больше на тяжелых почвах и в конце ее. По рекомендации С.В. Астапова, на легких почвах дают перерыв между поливами 1–2 суток, на средних – 2–3, на тяжелых почвах – 3–5 суток.

25

В первую очередь воду подают на сильно засоленные участки, постепенно переходя на весь массив. К концу промывок грунтовые воды должны быть на глубине не менее 0,5 м, а к началу весенних полевых работ не ближе 1,5–2,0 м от поверхности почвы. Если принять продолжительность подачи воды на промывку 5 суток, а перерывы в подачах 3 суток, начало промывки 1 декабря, то можно составить календарь промывок засоленного участка. Подача воды из оросителя в чек производится расходом 10–15 л/с из одного водовыпуска. Воду подают в каждый чек самостоятельно, не допуская перепуска ее из чека в чек. Подача воды и перерывы в разовых промывных нормах проводят строго по утвержденному календарному графику.

Для составления графика необходимо определить расходы воды, подаваемые во временные оросители при разных поливных нормах. Площадь затопления за сутки находят по формуле:

СУТ Туч.б 2005 40 га,

где уч.б – площадь промываемого участка, га; Т – продолжительность подачи воды на промывку, сут.

Общее число оросителей на участке будет равно:

п= lуч 2000 10, bop 200

где lуч – длина участка, м;

bор – расстояние между оросителями, м.

Площадь, подведенная к оросителю, составит ор=lор bор=1000 200= =20 га.

Расход напорного трубопровода: а) максимальный

Расход временного оросителя должен быть в пределах 100–150 л/с. Принимаем Qop=150 л/с. Отсюда число одновременно работающих времен-

ных оросителей будет равно nор= Qmax 690 5.

Qор 150

26

Зная время промывок, разовые промывные нормы, число одновременно работающих оросителей и расходы, можно составить календарь промывок

(табл. 9).

Таблица 9

При промывке почв с большим содержанием натриевых солей может возникнуть опасность образования солонцового процесса, то есть наряду с вымыванием возможно вхождение натрия в почвенный поглощающий комплекс. В таких случаях перед промывкой рекомендуется вносить гипс.

Исходные данные к заданию:

27

ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Хозяйственно-бытовые сточные воды (сток из жилых домов, бань, прачечных) содержат много органических веществ и микроорганизмов, в том числе болезнетворных. Поэтому перед сбросом стоков в естественные водотоки или водоемы производится механическая или биологическая их очистка. При механической их очистке сточные воды освобождаются от крупных плавающих предметов, взвесей и таким образом осветляются. Для этого используются решетчатые и песчаные фильтры, отстойники. Уничтожение болезнетворных бактерий, оставшихся в осветленных стоках, осуществляется добавлением раствора хлорной извести.

При биологической очистке сточные воды подвергают действию микроорганизмов и сложным процессам окисления, в результате чего минерализуются содержащиеся в стоках органические загрязнения и уничтожаются болезнетворные бактерии. Биологическая очистка может быть искусст-

венной и естественной. При искусственной очистке стоки пропускают че-

рез искусственные емкости, заполненные щебнем, галькой, шлаком, коксом и другими фильтрующими материалами. Сточные воды, пройдя через фильтрующую засыпку, полностью освобождаются от взвешенных и коллоидных веществ и микроорганизмов, но в них может оставаться микрофлора и яйца гельминтов. В сельских населенных пунктах более целесообразна естественная биологическая очистка сточных вод. При этом стоки подаются в земляные пруды-отстойники, на поля фильтрации и земледельческие поля орошения.

В прудах-отстойниках жидкие стоки самоочищаются за счет жизнедеятельности растительного и животного планктона. Наиболее интенсивное самоочищение в биологических прудах происходит в теплое время года. Расчетная нагрузка пруда-отстойника составляет примерно 1000 мэ/сут сточных вод на 1 га пруда.

На полях фильтрации сельскохозяйственные культуры не выращиваются. Они служат только для очистки сточных вод. Их устраивают на хорошо фильтрующих песчаных, супесчаных и легкосуглинистых почвах не ближе 500 м от водоисточников и 1000 м от жилых массивов с подветренной стороны. По периметру полей фильтрации необходимо предусматривать полосы зеленых насаждений из влаголюбивых культур шири-

ной 10–20 м.

На земледельческих полях орошения происходит полная биологическая очистка сточных вод. На них выращиваются влаголюбивые кормовые культуры.

Утилизация сточных вод согласовывается со службами государственного контроля в области охраны природы, вод и здравоохранения.

28

Тема 6. Удобрительное орошение сточными водами

Исходные данные для организации орошения сточными водами

На песчаных почвах полей орошения, занятых многолетними травами, ожидается урожай зеленой массы У=400 ц/га. Коэффициент водопотребления Кв=15 м3/ц. Глубина увлажняемого слоя h=1 м. Песчаные почвы имеют объемную массу d =1,6 г/см3, наименьшая влагоемкость нв =15 %,

минимально допустимая влажность ноп= 10 % массы сухой почвы. Для

орошения используют городские сточные воды с содержанием в них азота 40, фосфора 5 и калия 10 г/м3. Для азота (N) коэффициент усвояемости Ку=0,6; для фосфора (Р2О5) – Ку= 0,5 и для калия (К2О) – Ку=0,8. За период вегетации выпадают осадки в количестве О=100 мм. Коэффициент использования осадков Ко=0,7.

Оросительные и поливные нормы

Объем городской сточной воды дают из расчета потребности растений в азоте. Недостающие питательные элементы (фосфор и калий) пополняют внесением минеральных удобрений, а недостаток влаги до полного суммарного водопотребления определяют как норму подачи чистой воды из реки, пруда или другого источника орошения.

Норму орошения из условий удовлетворения сельскохозяйственной культуры водой без учета запасов воды в почве за счет осенне-зимней влагозарядки определяют по формуле:

Мор=Кв У–Ко 10 О=15 400–0,7 10 100 = 6000–700=5300 м3/га,

где Ко – коэффициент использования осадков.

Максимальную поливную норму рассчитывают по зависимости: mmax=(WВОП – WНОП)) = 100h d ( нв– ноп) =100 1 1,6(15–10)=800 м3/га.

Тогда число поливов п= 5300800 =6,6, принимаем п=7.

По числу поливов уточняют среднюю поливную норму:

тср= 53007 750 м3 /га.

Для определения оросительной нормы при поливе сточной водой надо знать вынос основных питательных веществ урожаем многолетних трав с 1 га. Урожай зеленой массы 400 ц/га в пересчете на сено составит у се-

на=400 0,16=64 ц/га. Вынос питательных веществ (прил. 3) составит: N=1,72 %; Р2О5=0,48 %; К2О = 1,49 %. Следовательно, с урожаем многолет-

Не все количество питательных веществ, содержащихся в сточных водах, доступно растениям. Для определения доступного количества питательного элемента в 1 м3 сточной воды необходимо полное содержание этого элемента в 1 м3 сточной воды умножить на коэффициент усвояемости. Расчеты сводят в табл. 10.

Таблица 1 0 Усвояемое количество питательных веществ (NPK), содержащихся

в 1 м3 сточной воды

Оросительную норму сточной воды из условий компенсации выноса каждого питательного элемента определяют как частное от деления количества, вынесенного с урожаем определенного элемента питания на усвояемое содержание его в 1 м3 сточной воды:

по азоту Мор= 0,024110 4583 м3/га; по фосфору Мор = 0,002530,7 = 12280 м3/га;

по калию Мор = 0,00895 11850 м3/га.

Из условий обеспечения потребности многолетних трав в азоте оросительную норму сточной водой принимаем Мор = 4600 м3/га. Недостающие количества фосфора и калия вносят в форме минеральных удобрений.

Количество фосфорных удобрений, которое необходимо внести в почву, определяют следующим образом: Мор(по фосфору) – Moр (по азоту) = =12280 – 4600 = 7680 м3/га. В этом количестве сточной воды содержится в доступной для растений форме Р2О5=7680х0,0025=19,2 кг/га.

Количество калийных удобрений составит Мop(по калию) – Мор(по азоту)= = 11850–4600=7250 кг/га. В этом количестве сточной воды содержится в

доступной для растений форме К2О = 7250 0,008 =58 кг/га.

Таким образом, при поливе сточной водой возникает необходимость в дополнительном внесении минеральных удобрений в количестве: Р2О5 – 19,2, К2О – 58 кг/га. Недостаток сточной воды для покрытия водопотребления культуры компенсируется чистой водой Мч.в.=Мор–Мст= =5300–4600=700 м3/га, где Мч.в. – оросительная норма чистой речной воды.

Поливная норма чистой воды с учетом того, что последние два полива можно объединить в один и провести его в период влагозарядки сточной водой без добавления чистой воды составит:

тч.в.= Мч.в 700 =140 м3/га, принимаем тч.в = 150 м3/га, n 5

1

где п1 – число поливов без двух последних, п1=7 – 2 = 5. 30